GIGYF1協(xié)同Grb10調(diào)節(jié)IGF-1R信號(hào)通路影響糖尿病腦病大鼠認(rèn)知功能的機(jī)制研究.pdf

1、背景：
　　長期高血糖狀態(tài)可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害，進(jìn)而引起學(xué)習(xí)、記憶等能力減退，大腦神經(jīng)生理和結(jié)構(gòu)的改變，以及腦信號(hào)傳導(dǎo)異常,統(tǒng)稱為糖尿病腦病。近年來的研究證據(jù)表明，糖尿病是 AD的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，且糖尿病可加速 AD患者的病情進(jìn)展。目前，糖尿病腦病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜且尚不明確。研究發(fā)現(xiàn)，海馬中胰島素受體（insulin receptor， IR）/胰島素樣生長因子1受體(insulin1ike growth factor-1recep

2、tor， IGF-1R)及其下游信號(hào)通路障礙誘導(dǎo)了神經(jīng)元的凋亡，參與了糖尿病腦病的發(fā)生發(fā)展。生長因子受體結(jié)合蛋白10（Growth factor receptor bound protein10，Grb10）對(duì)該信號(hào)通路起著重要的負(fù)性調(diào)節(jié)作用，其 SH2和BP S區(qū)可以結(jié)合酪氨酸激酶受體（如IR、IGF-1R）。研究表明，經(jīng)由IR/IGF-1R信號(hào)通路的Grb10具有生長抑制功能，在胰島素及IGF-1介導(dǎo)的生長發(fā)育乃至神經(jīng)元生長發(fā)育中均

3、起著重要作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，Grb10和GYF相互作用蛋白1（Grb10 Interacting GYF Protein1， GIGYF1）通過綁定到Grb10 N末端后迅速地結(jié)合到 IGF-1R上，增加了IGF-1刺激的受體酪氨酸磷酸化，進(jìn)而調(diào)節(jié)IGF-1R信號(hào)通路。然而， GIGYF1協(xié)同Grb10調(diào)節(jié)IGF-1R信號(hào)通路影響糖尿病腦病大鼠認(rèn)知功能的分子機(jī)制尚不明確。
　　目的：
　　觀察糖尿病腦病大鼠的行為學(xué)、海馬組織

4、超微結(jié)構(gòu)和病理學(xué)的變化，以及IGF-1R信號(hào)通路相關(guān)分子在海馬組織中的表達(dá)；并觀察下調(diào)海馬組織中 Grb10的表達(dá)，對(duì)糖尿病腦病大鼠行為學(xué)、海馬組織超微結(jié)構(gòu)和病理學(xué)以及 IGF-1R信號(hào)通路相關(guān)分子表達(dá)的影響，探討GIGYF1協(xié)同Grb10調(diào)節(jié)IGF-1R信號(hào)通路影響糖尿病腦病大鼠認(rèn)知功能的分子機(jī)制。
　　方法：
　　健康雄性SD大鼠（7～8周齡，體質(zhì)量200～250g），適應(yīng)性喂養(yǎng)1W，禁食12h后，以pH為4.5的0.1

5、mol/L檸檬酸鈉緩沖液稀釋STZ，避光并快速以60mg/k g量一次性腹腔注射建立糖尿病大鼠模型。3天后，造模大鼠隔夜禁食不禁飲8h以上，取大鼠尾靜脈血檢測空腹血糖值，將空腹血糖>18mmo l/L的大鼠定為糖尿病大鼠，剔除血糖未達(dá)標(biāo)者。建模成功1周后，利用立體定位技術(shù)將攜帶Grb10-shRNA的慢病毒顆粒定點(diǎn)注射到海馬組織中，將糖尿病大鼠隨機(jī)分為：糖尿病對(duì)照組（DM組）、糖尿病假干預(yù)組（DM+0組）和糖尿病干預(yù)組（DM+shRNA

6、組），每組10只；正常大鼠隨機(jī)分為：正常對(duì)照組（con組）、正常假干預(yù)組（con+0組）和正常干預(yù)組（con+ shRNA組），每組10只。在實(shí)驗(yàn)過程中，每周監(jiān)測各組大鼠體重和血糖值。手術(shù)3個(gè)月后，通過水迷宮實(shí)驗(yàn)檢測大鼠的行為學(xué)變化、電鏡和光鏡觀察大鼠海馬組織CA1區(qū)超微結(jié)構(gòu)和病理學(xué)的變化，以及qRT-PCR和western blot檢測各組海馬組織中IGF-1R信號(hào)通路相關(guān)分子的表達(dá)。
　　結(jié)果：
　　1.水迷宮結(jié)果顯示：

7、手術(shù)前和手術(shù)后，各組間的逃避潛伏期、平臺(tái)穿越次數(shù)和目的象限內(nèi)的時(shí)間均無明顯改變(P>0.05)；手術(shù)3個(gè)月后， DM組逃避潛伏期較con組、DM+ shRNA組明顯增加（p<0.01）,而平臺(tái)穿越次數(shù)和目的象限內(nèi)的時(shí)間均較con組、DM+ shRNA組明顯減少（p<0.01）。
　　2.海馬 C A1區(qū)電鏡結(jié)果顯示：糖尿病腦病大鼠海馬神經(jīng)元腫脹，神經(jīng)纖維纏結(jié)，突觸小體明顯減少、形態(tài)和結(jié)構(gòu)異常；下調(diào) DM組大鼠海馬組織G rb10的

8、表達(dá)，上述變化明顯減少。
　　3.海馬C A1區(qū) HE染色結(jié)果顯示：糖尿病腦病大鼠海馬神經(jīng)元數(shù)量明顯減少且排列紊亂，并出現(xiàn)胞體腫脹、胞膜皺縮、胞質(zhì)深染、胞核大且結(jié)構(gòu)不清，以及神經(jīng)膠質(zhì)大量增生；下調(diào) DM組大鼠海馬組織Grb10的表達(dá)，上述變化明顯減輕，與正常大鼠海馬CA1區(qū)形態(tài)和結(jié)構(gòu)類似。
　　免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示：Grb10的表達(dá)聚集于細(xì)胞膜上；DM組海馬組織中Grb10表達(dá)較con組和DM+ shRNA組明顯增多（p<0

9、.01）。
　　4.qRT-PCR結(jié)果顯示：與con組、DM+ shRNA組相比，DM組大鼠海馬組織中Grb10、GIGYF1的mRNA表達(dá)水平明顯升高（P<0.01），而IGF-1R的mRNA表達(dá)水平明顯降低（P<0.05）。
　　5.Western Blot結(jié)果顯示：DM組大鼠海馬組織中Grb10、GIGYF1蛋白表達(dá)水平與con組、DM+ shRNA組相比明顯升高（P<0.01）；p-IRS1、p-IRS2、p-IGF

10、-1R、p-Akt和p-Erk1/2蛋白表達(dá)水平與con組、DM+ shRNA組相比明顯降低（P<0.01 or P<0.05）。
　　結(jié)論：
　　1.腹腔一次性注射ST Z，可成功建立糖尿病大鼠模型；長期高血糖狀態(tài)可導(dǎo)致糖尿病大鼠認(rèn)知功能障礙，下調(diào) Grb10的表達(dá)可明顯改善其認(rèn)知功能障礙，表明糖尿病腦病大鼠的認(rèn)知功能障礙與海馬區(qū)Grb10過表達(dá)相關(guān)。
　　2.持續(xù)高血糖狀態(tài)可導(dǎo)致大鼠海馬組織Grb10、GIGYF1

11、過表達(dá)，而Grb10-shRNA慢病毒顆粒可下調(diào)糖尿病大鼠海馬Grb10的表達(dá)，且Grb10表達(dá)減少的同時(shí)并伴有GIGYF1表達(dá)的減少，表明GIGYF1協(xié)同G rb10調(diào)節(jié)IG F-1R及其下游信號(hào)通路。
　　3.糖尿病大鼠海馬組織Grb10表達(dá)水平的降低，可引起胰島素受體底物IRS1和IRS2磷酸化水平的增加，表明下調(diào)Grb10的表達(dá)可通過活化IRS1和IRS2來調(diào)節(jié)下游信號(hào)通路。
　　4.糖尿病大鼠海馬組織Grb10表達(dá)

12、水平的降低，可引起IGF-1R、Akt和Erk磷酸化水平的增加，表明下調(diào)Grb10的表達(dá)可促進(jìn)IGF-1R及其下游信號(hào)通路（PI3K/Akt和Erk1/2信號(hào)通路）。
　　綜上所述，長期高血糖狀態(tài)可導(dǎo)致大鼠海馬組織內(nèi)G rb10過表達(dá)， IGF-1R及其下游信號(hào)通路受到抑制，從而造成了神經(jīng)元形態(tài)學(xué)的改變、功能受損、能量代謝障礙以及加速了神經(jīng)元的凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致糖尿病腦病大鼠認(rèn)知功能障礙；而早期下調(diào)糖尿病大鼠Grb10的表達(dá), GIG